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DE10243837A1 - Process for continuously processing flowable compositions in a flow cell comprises indirectly sonicating the composition in the flow cell via a liquid placed under elevated pressure - Google Patents

Process for continuously processing flowable compositions in a flow cell comprises indirectly sonicating the composition in the flow cell via a liquid placed under elevated pressure Download PDF

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DE10243837A1
DE10243837A1 DE10243837A DE10243837A DE10243837A1 DE 10243837 A1 DE10243837 A1 DE 10243837A1 DE 10243837 A DE10243837 A DE 10243837A DE 10243837 A DE10243837 A DE 10243837A DE 10243837 A1 DE10243837 A1 DE 10243837A1
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DE
Germany
Prior art keywords
flow cell
liquid
working fluid
sonicated
flow
Prior art date
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Ceased
Application number
DE10243837A
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German (de)
Inventor
Sergio Freitas
Bruno Gander
Norbert Lehmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Dr Hielscher GmbH
Original Assignee
Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Dr Hielscher GmbH
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Publication date
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Priority to AU2003266388A priority patent/AU2003266388A1/en
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Abstract

Continuously processing flowable compositions in a flow cell (4) comprises pre-mixing the components of the flowable composition, and passing and simultaneously sonicating the flowable composition through the cell, and introducing the sonicated composition into a collecting or process vessel. The composition in the flow cell is indirectly sonicated via a liquid (90) placed under elevated pressure. An Independent claim is also included for a flow cell for continuously processing flowable compositions containing a flow path (50) surrounded by a pressure casing (10) connected to an ultrasonic transmitter (60).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Durchflusszelle zur kontinuierlichen Bearbeitung von fließfähigen Zusammensetzungen (Arbeitsflüssigkeit) mittels Ultraschall, wobei die fließfähige Zusammensetzung während der Beschallung nicht direkt mit dem Schallgeber in Berührung kommt und von Umwelteinflüssen vollständig isoliert werden kann, gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 15.The invention relates to a method and a flow cell for the continuous processing of flowable compositions (Working fluid) by means of ultrasound, the flowable composition during the Sound does not come into direct contact with the sounder and from environmental influences Completely can be isolated according to the characteristics of claims 1 and 15.

Die Erfindung kann zur kontinuierlichen, berührungs- und kontaminationsfreien Beschallung fließfähiger Zusammensetzungen mit Ultraschall eingesetzt werden.The invention can be used for continuous, contact- and contamination-free sonication of flowable compositions with Ultrasound can be used.

Anwendung findet das Verfahren beispielsweise in den Bereichen der Pharmatechnologie, Lebensmitteltechnologie, Biotechnologie, Zellbiologie, Kosmetik, Elektronik und Elektrotechnik zum Zwecke der Mischung von zwei oder mehreren Flüssigkeiten, zur Mischung von Gasen und Flüssigkeiten, zur Emulgierung von zwei nicht oder nur teilweise mischbaren Flüssigkeiten, zur Homogenisierung von kolloidalen und grobdispersen Zubereitungen, zur Desaggretation und Zerkleinerung von Feststoffen in einer Flüssigkeit, zur Kontrolle von Kristallbildung (Sonokristallisation), zur Suspendierung von Feststoffen in Flüssigkeit, zur Desaggregation und Homogenisation von biologischen Organteilen, zum Zellaufschluss, zur Entgasung von Flüssigkeiten, zur Steuerung insbesondere Beschleunigung chemischer Reaktionen, als Prozesszwischenstufe bei der Herstellung von Liposomen, mizellaren Systemen, Nano- und Mikroemulsionen, Nanopartikeln, Nanokapseln, Mikrosphären und Mikrokapseln und dergleichen.The method is used, for example in the fields of pharmaceutical technology, food technology, Biotechnology, cell biology, cosmetics, electronics and electrical engineering for the purpose of mixing two or more liquids, for mixing gases and liquids, for emulsifying two immiscible or only partially miscible liquids, for the homogenization of colloidal and coarsely disperse preparations, for disaggregating and crushing solids in a liquid, to control crystal formation (sonocrystallization), for suspension of solids in liquid, for the disaggregation and homogenization of biological organ parts, for cell disruption, for degassing liquids, for control in particular Accelerating chemical reactions, as an intermediate process in the production of liposomes, micellar systems, nano- and microemulsions, Nanoparticles, nanocapsules, microspheres and microcapsules and the like.

Schallwellen der Frequenzen 18 bis ca. 150 kHz (Ultraschall) sind eine Energiequelle, die vielseitig in der Verfahrenstechnik zur Manipulation fließfähiger Systeme eingesetzt werden kann.Sound waves of frequencies 18 to Approx. 150 kHz (ultrasound) are an energy source that is versatile in process engineering for the manipulation of flowable systems can.

Um sich von Ultraschall höherer Frequenzen (bis viele MHz), welche vor allem für Mess- und diagnostische Zwecke Anwendung finden, abzugrenzen, spricht man auch von „Leistungsultraschall".To get away from ultrasound higher frequencies (up to many MHz), which is mainly used for measurement and diagnostic purposes Finding application, delimiting it is also called "power ultrasound".

Bei hinreichend guter Übertragung der Schallenergie auf das flüssige Medium sowie dem Überschreiten einer systemabhängigen Grenzamplitude, kommt es im beschallten Medium zu Kavitation. Unter Kavitation versteht man die Bildung feinster Gasblasen, die durch fortlaufenden Druckwechsel aufgrund der in das Fluid übertragenen Schwingung in ihrer Grösse wachsen und schließlich implodieren. Bei der Implosion bilden sich Mikrojets, welche zu lokal konzentrierten, extrem hohen Drücken und Temperaturen führen. Der Energieeintrag durch Kavitation kann genutzt werden, um chemische Reaktionen zu initiieren, zu beschleunigen oder in ihrer Selektivität zu beeinflussen.With sufficiently good transmission the sound energy on the liquid Medium as well as exceeding a system dependent Limit amplitude, cavitation occurs in the sonicated medium. Under Cavitation means the formation of the finest gas bubbles through continuous pressure changes due to the transferred into the fluid Vibration in their size grow and eventually implode. During the implosion, microjets are formed, which too locally concentrated, extremely high pressures and temperatures. The Energy input through cavitation can be used to chemical Initiate reactions, accelerate them or influence their selectivity.

Weiterhin kann die in das flüssige System eingetragene Energie zur intensiven Durchmischung und zur Dispergierung mehrphasiger Systeme verwendet werden. Bekannt ist die Verwendung von Ultraschall zur Erzeugung von Emulsionen (z.B. DE 197 56 874 A1 ), zur Zerkleinerung, Desagglomeration und Dispergierung von Feststoffen in Flüssigkeiten (z.B. Vasylliv und Sakka 2001) und zum Aufschluss von biologischem Material, beispielsweise Zellen (z.B. DE 42 41 154 C1 ).Furthermore, the energy introduced into the liquid system can be used for intensive mixing and for the dispersion of multi-phase systems. It is known to use ultrasound to generate emulsions (e.g. DE 197 56 874 A1 ), for size reduction, deagglomeration and dispersion of solids in liquids (e.g. Vasylliv and Sakka 2001) and for the disintegration of biological material, e.g. cells (e.g. DE 42 41 154 C1 ).

Aus der DE 197 56 874 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von dispersen Stoffgemischen mittels Ultraschall bekannt, bei der die Abstrahlfläche der Sonotrode in direktem Kontakt mit der zu bearbeitenden Flüssigkeit steht.From the DE 197 56 874 A1 A device for producing disperse substance mixtures by means of ultrasound is known, in which the radiation surface of the sonotrode is in direct contact with the liquid to be processed.

Aus der DE 42 41 154 C1 ist es bekannt, Zelldispersionen oder Zellsuspensionen mittels Ultraschall in einer Durchflusszelle aufzuschließen, um Zellinhaltsstoffe zu gewinnen, indem die Sonotrode zu ½ bis 2/3 ihrer Länge in die Durchflusszelle hineinragt. Es werden dabei der Eintauchwinkel und die Eintauchtiefe der Sonotrode in Abhängigkeit vom Feststoffanteil des zu beschallenden Mediums eingestellt.From the DE 42 41 154 C1 it is known to disrupt cell dispersions or cell suspensions by means of ultrasound in a flow cell in order to obtain cell contents by the sonotrode projecting into the flow cell by ½ to 2/3 of its length. The immersion angle and the immersion depth of the sonotrode are set depending on the solids content of the medium to be sonicated.

Beschrieben ist auch die Nutzung von Ultraschall zur Erzeugung von Liposomen (Arnardóttir et al. 1995). Schliesslich findet Ultraschall zum Entgasen von Flüssigkeiten Anwendung.The use is also described of ultrasound to produce liposomes (Arnardóttir et al. 1995). Finally, ultrasound is used to degas liquids Application.

Eine verbreitete Anwendung findet Ultraschall in der Erzeugung von Emulsionen. Im folgenden soll daher tiefer auf dieses Anwendungsgebiet eingegangen werden, ohne jedoch die beschriebene Erfindung auf dieses Gebiet beschränken zu wollen. Unter einer Emulsion versteht man ein disperses System zweier oder mehrerer Flüssigkeiten, die sich nicht oder nur teilweise mischen. Bei der Herstellung von Emulsionen wird häufig von einer grobdispersen Rohemulsion ausgegangen, welche z.B. mittels eines einfachen Rührapparates erzeugt werden kann, im allgemeinen wenig stabil ist und sich innerhalb von Minuten wieder in mehrere Phasen zerlegt. Durch Eintragen weiterer mechanischer Energie werden die groben Tropfen der Rohemulsion weiter bis in den Mikro- oder Nanometer-Massstab zerteilt. Durch den Einsatz von oberflächenaktiven Substanzen und/oder Stabilisatoren kann eine Koaleszenz der Tröpfchen und ein Aufrahmen der Emulsion verhindert und diese so über Stunden, Monate oder gar Jahre stabilisiert werden.It is widely used Ultrasound in the production of emulsions. In the following, therefore are discussed in more detail in this area of application, but without limit the described invention to this field want. An emulsion is a disperse system of two or several liquids, that do not mix or only partially mix. In the manufacture of Emulsions become common starting from a coarsely disperse raw emulsion which e.g. by means of a simple mixer can be generated, is generally unstable and within broken down into minutes by minutes. By entering more The coarse drops of the raw emulsion become more mechanical energy broken down to the micro or nanometer scale. Because of the engagement of surface active Substances and / or stabilizers can cause coalescence of the droplets and prevents the emulsion from creaming and thus lasts for hours, Be stabilized for months or even years.

Es wurde festgestellt, dass mittels Ultraschall Emulsionen von vergleichbarer Güte wie jene aus etablierten Verfahren (Hochdruckhomogenisation) erzeugt werden können (Behrend et al. 2000). Eine Steigerung der Energiedichte (eingetragene Leistung pro Volumen mal Beschallungszeit bei Batchsystemen bzw. pro Volumenstrom bei kontinuierlichen Systemen) führt zu einer Verkleinerung der Tröpfchengrössen (Bechtel et al. 2000, Behrend et al. 2000). Eine Steigerung der Energiedichte kann entweder durch höheren Leistungseintrag erfolgen oder durch eine Vergrösserung der Verweilzeit der Emulsion in der Zone hoher Kavitationsintensität.It was found that emulsions of comparable quality to those from established processes (high-pressure homogenization) can be produced using ultrasound (Behrend et al. 2000). An increase in energy density (input power per volume times sonication time in batch systems or per volume flow in continuous systems) leads to a reduction in droplet sizes (Bechtel et al. 2000, Behrend et al. 2000). The energy density can be increased either by increasing the power input or by increasing the residence time of the emulsion in the zone of high cavitation intensity.

Die diskontinuierliche Beschallung von flüssigen und flüssig-dispersen Stoffsystemen erfolgt im allgemeinen, indem die betreffenden Substanzen in einem geeigneten Gefäss vorgelegt und gegebenenfalls zur Erzeugung einer groben Vormischung gerührt werden. In diese Flüssigkeit wird dann ein geeigneter Schallgeber eingetaucht und für eine definierte Zeit aktiviert. Häufig besteht der Schallgeber aus piezokeramischen Elementen, welche von einem HF-Generator mit einer Wechselspannung versorgt werden. Die Wechselspannung, deren Frequenz jener des zu erzeugenden Schalls entspricht, erzeugt eine Verformung der Piezokeramiken, welche somit in eine mechanische Schwingung versetzt werden. An die piezokeramischen Schwingelemente gekoppelt ist eine Sonotrode, die die Schwingungen gegebenenfalls verstärkt und in die zu beschallende Flüssigkeit überträgt, indem ihr Ende in die Flüssigkeit eingetaucht wird.The discontinuous sound system of liquid and liquid disperse Substance systems are generally made up of the substances in question in a suitable container submitted and if necessary to produce a rough premix touched become. In this liquid a suitable sound generator is then immersed and for a defined one Time activated. Frequently the sounder consists of piezoceramic elements, which by an HF generator can be supplied with an alternating voltage. The AC voltage whose frequency is that of the sound to be generated corresponds to a deformation of the piezoceramics, which thus be put into a mechanical vibration. To the piezoceramic Vibrating elements are coupled to a sonotrode that detects the vibrations possibly reinforced and transferred into the liquid to be sonicated by their end in the liquid is immersed.

Ein grosser Nachteil dieses Verfahrens ist die mangelnde Möglichkeit eines Scale-Up zu grösseren Massstäben. Der von der Sonotrode intensiv beschallte Raum beschränkt sich grob auf einen sich von der Sonotrodenoberfläche aus verjüngenden Kegel, der nur wenige Zentimeter in den beschallten Raum ragt. Flüssigkeit, die sich ausserhalb dieses kegelförmigen Raumes befindet, wird nur unzureichend vom Schall beeinflusst. Mit zunehmendem Volumen des zu beschallenden Gefässes wird das Verhältnis von intensiv beschalltem Raum zum weniger beeinflussten Raum drastisch ungünstiger.A big disadvantage of this procedure is the lack of possibility a scale-up to larger scales. The Space intensely sonicated by the sonotrode is limited roughly on a tapering from the sonotrode surface Cone that only protrudes a few centimeters into the soundproofed room. Liquid, which is outside of this conical space insufficiently influenced by sound. With increasing volume of the vessel to be sonicated becomes the ratio from intensely sonicated room to less influenced room drastically unfavorable.

Vorteilhaft ist gemäss DE 197 56 874 A1 die Verwendung eines Gefässes, das im Durchmesser nur wenig grösser ist als die Abstrahlfläche der Sonotrode.According to is advantageous DE 197 56 874 A1 the use of a vessel that is only slightly larger in diameter than the radiation area of the sonotrode.

Weiterhin können Einbauten oder ein Rühren der Flüssigkeit das effektiv beschallte Volumen vergrössern. Generell vorteilhaft ist eine kontinuierliche Anordnung, bei der die mit Ultraschall zu beaufschlagende Flüssigkeit in einer Durchflusszelle durch den intensiv beschallten Raum direkt unter der Sonotrode gezwungen wird. Die Variation der Flussgeschwindigkeit ermöglicht eine Anpassung der Verweilzeit in der Schallzone.Furthermore, internals or stirring the liquid increase the effectively sonicated volume. Generally beneficial is a continuous arrangement using ultrasound liquid to be charged in a flow cell through the intensely sonicated room directly is forced under the sonotrode. The variation in flow velocity allows an adjustment of the dwell time in the sound zone.

Aus der Patent- und wissenschaftlichen Literatur sind eine Reihe solcher Anordnungen bekannt.From the patent and scientific A number of such arrangements are known in the literature.

DE 197 56 874 A1 beschreibt u.a. einen Strömungskanal vom Durchmesser der Abstrahlfläche der verwendeten Sonotroden, in den mehrere Sonotroden in Reihe eingebaut werden können. Ebenfalls dort beschrieben ist die Hintereinanderschaltung mehrerer durchströmter Gefässe, in die Sonotroden hinein ragen. DE 197 56 874 A1 describes, among other things, a flow channel with the diameter of the radiating surface of the sonotrodes used, in which several sonotrodes can be installed in series. Also described there is the connection in series of several flow-through vessels into which sonotrodes protrude.

DE 43 27 679 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aufschluss von Zellmaterial mittels Ultraschall, in dem vorteilhafte Konditionen wie Winkel, Eintauchtiefen und Volumenverhältnisse für eine in eine Durchflusszelle hinein ragende Sonotrode genannt werden. DE 43 27 679 A1 describes a method for the disruption of cell material by means of ultrasound, in which advantageous conditions such as angles, immersion depths and volume ratios for a sonotrode projecting into a flow cell are mentioned.

Bekannt sind auch Anordnungen mit durchströmten, topfähnlichen Gefässen von geringem Volumen, in welchen die zu beschallende Flüssigkeit an einer Sonotrode vorbeigeführt wird ( US 5 032 027 , GB 2 250 930 A ).Arrangements with flow-through, pot-like vessels of small volume are also known, in which the liquid to be sonicated is guided past a sonotrode ( US 5,032,027 . GB 2 250 930 A. ).

DE 28 46 462 A1 beschreibt eine kontinuierliche Emulgierung mittels einer durchströmten Kammer, in der ein schwingendes Element umströmt wird oder an deren Berandung Schallgeber installiert sind. DE 28 46 462 A1 describes a continuous emulsification by means of a flow-through chamber in which a vibrating element is flowed around or sound generators are installed at the edges.

DE 39 30 052 A1 beschreibt weiterhin eine Anordnung, in der in einem durchströmten Kanal speziell gestaltete Reflexionswände den Schallgebern gegenüber angeordnet werden. DE 39 30 052 A1 also describes an arrangement in which specially designed reflection walls are arranged opposite the sounders in a flow-through channel.

Gemeinsam ist all diesen Verfahren der Nachteil, dass sich der Schallgeber in direktem Kontakt mit dem beschallten Medium befindet. Durch die in der beschallten Flüssigkeit erzeugte Kavitation kommt es zur Ablösung feinster Partikel aus dem Sonotrodenmaterial. Nach längerem Betrieb ist dieses in Form von Rillen, Löchern u.ä. makroskopisch auf der Sonotrodenoberfläche sichtbar. Intensiviert wird das Problem bei der Beschallung feststoffhaltiger Suspensionen, da die Feststoffpartikel einen zusätzlichen abrasiven Effekt auf die Sonotrodenoberfläche ausüben. Die beschriebene Abgabe von Partikeln in das beschallte Medium ist beispielsweise bei der Erzeugung von Produkten für pharmazeutische Zwecke problematisch. Die meisten handelsüblichen Ultraschallquellen sind mit Sonotroden aus metallischen Legierungen ausgestattet. Es kommt somit zum Eintrag von metallischen Feinstpartikeln und Metall-Ionen in das mit Ultraschall beaufschlagte Medium. Ist das durch das Beschallen erzeugte Produkt zur medizinischen Anwendung, insbesondere zur parenteralen Verabreichung am Mensch oder Tier, vorgesehen oder wird es zu einem medizinisch zu verabreichenden Produkt weiterverarbeitet, stellen die von der Sonotrode abgegebenen Metallpartikel oder -ionen ein Sicherheitsrisiko für Mensch oder Tier dar. Gleiches gilt für die Produktion von Arzneimitteln, die am Auge, in der Lunge, auf grossflächig verletzten Hautarealen oder in Körperhöhlen (z.B. Vagina, Uterus, Harnblase) angewendet werden. Des weiteren kann es zu einer unerwünschten Interaktion der freigesetzten Metallpartikel und -ionen mit Bestandteilen – insbesondere den Wirkstoffen – des pharmazeutischen Produktes kommen, welches somit im schlimmsten Fall inaktiviert oder zu toxischen Produkten umgewandelt werden kann. Generell führt eine Kontamination des beschallten Produktes mit aus der Sonotrode freigesetzten Substanzen dann zu Problemen, wenn es, wie am Beispiel des pharmazeutischen Produktes erläutert, zu einer unerwünschten Wechselwirkung zwischen dem aus der Sonotrode freigesetzten Material und Bestandteilen des beschallten Gutes kommt. Unerwünschte Wechselwirkungen wären beispielsweise Hydrolyse, Oxidation oder Reduktion, Komplexbildung, Aggregation, Fällung, Konformationsänderung von Bestandteilen des beschallten Gutes. Dieses kann beispielsweise auch dann auftreten, wenn Zellen zur Gewinnung von Inhaltsstoffen (z.B. Proteine, Peptide, Antikörper, etc.) aufgeschlossen werden. Weiterhin können von der Sonotrode freigesetzte Partikel und Ionen bei einer Analyse des beschallten Produktes beeinträchtigend wirken oder diese verunmöglichen.Common to all these methods is the disadvantage that the sounder is in direct contact with the sonicated medium. The cavitation generated in the sonicated liquid detaches the finest particles from the sonotrode material. After prolonged operation, this is in the form of grooves, holes, etc. Macroscopically visible on the sonotrode surface. The problem is intensified when sonicating suspensions containing solids, since the solid particles have an additional abrasive effect on the sonotrode surface. The described dispensing of particles into the sonicated medium is problematic, for example, when producing products for pharmaceutical purposes. Most commercially available ultrasound sources are equipped with sonotrodes made of metallic alloys. Metallic fine particles and metal ions are thus introduced into the medium exposed to ultrasound. If the product produced by the sonication is intended for medical use, in particular for parenteral administration to humans or animals, or if it is further processed into a product to be administered medically, the metal particles or ions released by the sonotrode represent a safety risk for humans or animals. The same applies to the production of pharmaceuticals that are used on the eye, in the lungs, on areas of skin that have been extensively injured or in body cavities (eg vagina, uterus, bladder). Furthermore, there may be an undesired interaction of the released metal particles and ions with constituents - in particular the active ingredients - of the pharmaceutical product, which in the worst case can thus be inactivated or converted into toxic products. In general, contamination of the sonicated product with substances released from the sonotrode leads to problems if, as explained using the example of the pharmaceutical product, there is an undesirable interaction between the material released from the sonotrode and components of the sonicated material. Undesired interactions would be, for example, hydrolysis, oxidation or reduction, complex formation, aggregation, precipitation, change in the conformation of components of the sonicated material. This can also occur, for example, if cells are used to obtain ingredients (e.g. proteins, Peptides, antibodies, etc.) can be digested. Furthermore, particles and ions released by the sonotrode can have an adverse effect on an analysis of the sonicated product or make it impossible.

Ein weiteres bislang nicht zufriedenstellend gelöstes Problem ist eine unproblematisch durchzuführende aseptische, also keimfreie Beschallung fliessfähiger Systeme. Existierende Systeme weisen entweder keine hermetische Abdichtung gegenüber der Umgebung auf und/oder sind nur schlecht in validierbarer Weise zu reinigen und zu sterilisieren.Another so far not satisfactory dissolved The problem is an aseptic, i.e. aseptic, problem-free procedure Sound is more fluid Systems. Existing systems either have no hermetic ones Sealing against the environment on and / or are difficult to validate clean and sterilize.

Bedarf an aseptisch produzierten fliessfähiger Stoffsystemen besteht insbesondere im Bereich der pharmazeutischen Produkte, weiterhin bei Kosmetika und Lebensmitteln. Letztere profitieren von einer aseptischen oder zumindest keimarmen Produktion, indem der Zusatz von Konservierungsstoffen verringert oder ganz vermieden werden kann. Gleiches gilt für die Herstellung von Pharmazeutika für topische Anwendungen, insbesondere auf der geschädigten Haut, am Auge, in der Lunge oder in Körperhöhlen. Pharmazeutika für parenterale Verabreichung, welche also injiziert werden, oder Pharmazeutika zur Anwendung am verletzten Auge, auf grossflächig geschädigten Hautarealen oder zur Spülung von Körperhöhlen müssen zwingend steril sein. Eine Endsterilisierung kann nachteilig oder auch unmöglich sein, womit eine aseptische Produktionsweise unvermeidbar ist. Beispiele für parenteral verabreichbare Pharmazeutika sind Infusionslösungen zur parenteralen Regulierung des Wasser-, Elektrolyt- und Kohlehydrathaushaltes, Zubereitungen zur totalen parenteralen Ernährung, sowie arzneistoffhaltige Zubereitungen (beispielsweise wässrige oder ölige Lösungen, Emulsionen, Suspensionen, Mikroemulsionen) und Impfstoffe. Solche parenteralen Zubereitungen werden im allgemeinen intravenös, intraarterial, intramuskulär, subkutan, intradermal, intraperitoneal, intraocular, intraarticulär oder intralumbal verabreicht. Sie bestehen häufig aus dispersen Systemen oder durchlaufen im Zuge ihrer Produktion einen oder mehrere Dispergierschritte. In der Literatur gibt es Beispiele, bei denen Ultraschall zur Erzeugung solch disperser Systeme eingesetzt wurde. Bei der Verkapselung hydrophiler Wirkstoffe in biodegradierbare Mikrosphären beispielsweise wird in einem ersten Produktionsschritt häufig eine Emulsion aus wässriger Wirkstofflösung und organischer Polymerlösung erzeugt, die dann zu Mikrosphären weiterverarbeitet wird. Hier ist.. der Einsatz von Ultraschall eine standardmässig angewandte Methode (z.B. Cohen et al. 1991, Yang et al. 2001). Liposomen, Mikrosphären und -kapseln, Nanopartikel und – kapseln und wirkstofffreisetzende Implantate sind weitere Beispiele für Systeme, die bei ihrer Produktion Dispergierschritte durchlaufen können.Need for aseptically produced flowable Substance systems exist particularly in the field of pharmaceutical Products, still in cosmetics and food. The latter benefit of an aseptic or at least low-germ production by the addition of preservatives is reduced or avoided entirely can be. The same applies to the manufacture of pharmaceuticals for topical applications, in particular on the injured Skin, on the eye, in the lungs or in body cavities. Pharmaceuticals for parenteral use Administration, which are injected, or pharmaceuticals for use on the injured eye, on large damaged skin areas or for flush of body cavities are imperative be sterile. End sterilization can be disadvantageous or impossible with which an aseptic mode of production is inevitable. Examples for parenteral Administerable pharmaceuticals are infusion solutions for parenteral regulation of the water, electrolyte and carbohydrate balance, preparations for total parenteral nutrition, as well as medicinal preparations (e.g. aqueous or oily solutions, Emulsions, suspensions, microemulsions) and vaccines. Such parenteral preparations are generally administered intravenously, intraarterially, intramuscularly, subcutaneous, intradermal, intraperitoneal, intraocular, intraarticular or intralumbal administered. They often exist from disperse systems or go through in the course of their production one or more dispersion steps. There is in literature Examples using ultrasound to produce such disperse systems was used. When encapsulating hydrophilic active ingredients in biodegradable microspheres for example, one is often used in a first production step Emulsion of aqueous drug solution and organic polymer solution generated, which then become microspheres is processed further. Here is .. the use of ultrasound one By default applied method (e.g. Cohen et al. 1991, Yang et al. 2001). liposomes microspheres and capsules, nanoparticles and capsules and drug-releasing implants are other examples of systems which can go through dispersion steps in their production.

Zusammenfassend besteht somit ein grosses Potenzial für ein Ultraschallsystem, das in der Lage ist, unter aseptischen Bedingungen disperse Stoffsysteme ohne eine Kontamination durch Partikel von der Sonotrode zu erzeugen.In summary, there is therefore a great potential for an ultrasound system that is able to perform under aseptic conditions disperse material systems without contamination by particles from to produce the sonotrode.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Durchflusszelle zur kontinuierlichen Beschallung von fließfähigen Zusammensetzungen, insbesondere auch von kleinen Flüssigkeits-Volumina im Durchlaufprinzip zu beschreiben, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen eine effiziente Bearbeitung einer fliessfähigen Zusammensetzung wie Mischen, Dispergieren, Emulgieren, Suspendieren, Sonokristalliesieren, Zerkleinern, Desagglome-rieren, Zellaufschluß, Extrahieren, Homogenisieren, Entgasen und dergleichen gewährleistet werden, ohne eine direkte Verbindung zwischen der metallischen Sonotrode und der zu beschallenden fliessfähigen Zusammensetzung herzustellen, wobei die zu beschallende fliessfähige Zusammensetzung (Arbeitsflüssigkeit) während der Beschallung nach Bedarf von Umwelteinflüssen isoliert gehalten werden kann.The object of the invention is a Process and a flow cell for the continuous sonication of flowable compositions, especially of small liquid volumes to describe in the flow principle, with which the disadvantages of State of the art can be avoided and with which an efficient Processing a flowable Composition such as mixing, dispersing, emulsifying, suspending, Sonocrystallization, crushing, disagglomeration, cell disruption, extraction, Homogenization, degassing and the like can be ensured without a direct connection between the metallic sonotrode and the one to be sonicated flowable To produce composition, the flowable composition to be sonicated (Working fluid) while the sound system must be kept isolated from environmental influences as required can.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit den Merkmalen der Durchflusszelle des Anspruchs 15 gelöst.This object is achieved according to the invention the method with the features of claim 1 and with the features the flow cell of claim 15 solved.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit in der Durchflusszelle über eine unter erhöhten Druck gesetzte Flüssigkeit indirekt mit Ultraschall beschallt wird.The method according to the invention is characterized in that the working fluid in the flow cell via a under elevated Pressurized fluid is sonicated indirectly.

Die Durchflusszelle nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die von der Arbeitsflüssigkeit durchströmte Durchflussstrecke von einem Druckmantel umgeben ist, an den ein Ultraschallwandler zur Schwingungsanregung angeschlossen ist, wobei sich zwischen einer Außenwandung der Durchflussstrecke und dem Druckmantel zur Vermeidung von Kavitation eine unter erhöhtem Druck stehende Flüssigkeit befindet.The flow cell according to the invention is characterized in that the flow path through which the working fluid flows is surrounded by a pressure jacket to which an ultrasonic transducer is connected to vibration excitation, where between a outer wall the flow path and the pressure jacket to avoid cavitation one under elevated Liquid under pressure located.

Durch die indirekte Schwingungsanregung einer Durchflussstrecke aus beispielsweise einer Glas- oder Kunststoffröhre (Durchflusszelle), in der sich die zu beschallende fliessfähige Zusammensetzung (Arbeitsflüssigkeit) befindet, über eine unter Druck stehende Flüssigkeit in einem umgebenden Rohr, die gleichzeitig als Kühlung wirken kann, wird erreicht, dass keine Kontamination der zu beschallenden fliessfähigen Zusammensetzung mit Metallen erfolgen kann.Through indirect vibration excitation a flow path from, for example, a glass or plastic tube (flow cell), in which the flowable composition (working fluid) to be sonicated located about a pressurized liquid in a surrounding pipe, which can also act as cooling, is achieved that no contamination of the flowable composition to be sonicated can be done with metals.

Der erhöhte Druck der Flüssigkeit verhindert die Kavitation in der Flüssigkeit und somit Übertragungsverluste. Der Ultraschall wirkt mit hoher Intensität auf die Durchflusszelle und auf die darin strömende Arbeitsflüssigkeit ein und bewirkt die in der Arbeitsflüssigkeit erwünschte Kavitation.The increased pressure of the liquid prevents cavitation in the liquid and thus transmission losses. The ultrasound acts on the flow cell and with high intensity on the working fluid flowing in it and causes the desired cavitation in the working fluid.

Die Durchflusszelle ist leicht auswechselbar, es können variable, bei Bedarf auch kleinste Volumina im Durchfluß effizient bearbeitet werden, es gibt keine schalltoten Räume (Totvolumina), die Durchflusszelle kann in bestehende Systeme einfach integriert werden.The flow cell is easily replaceable, it can variable, if necessary even smallest volumes in the flow efficiently are processed, there are no anechoic rooms (dead volumes), the flow cell can be easily integrated into existing systems.

Die Arbeitsflüssigkeit kann hermetisch abgeschlossen werden.The working fluid can be hermetically sealed become.

Das System (Anordnung) kann in unterschiedlichen Abmessungen in Abhängigkeit von der Durchflussrate und der notwendigen Ultraschallenergie realisiert werden.The system (arrangement) can be in different Dimensions depending realized by the flow rate and the necessary ultrasonic energy become.

Das vorliegende Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil es die in vielen Bereichen häufig verwendete Ultrabeschallung fliessfähiger Systeme unter Ausschluss von Kontamination ermöglicht. Insbesondere wird beim erfindungsgemässen Verfahren die Schallenergie nicht, wie bei herkömmlichen Systemen üblich, durch direkten Kontakt einer schwingenden Fläche mit der zu beschallenden Flüssigkeit auf diese übertragen. Die Schallenergie wird statt dessen, wie weiter oben beschrieben, auf eine unter Druck stehende Flüssigkeit übertragen und von dieser an eine Durchflusszelle weitergegeben, durch welches die mit Ultraschall zu behandelnde fliessfähige Zusammensetzung strömt.The present process is special advantageous because it is the most commonly used ultrasound in many areas flowable Systems without contamination possible. In particular, the invention Do not process the sound energy by direct, as is usual with conventional systems Contact with a vibrating surface with the liquid to be sonicated transferred to this. Instead, the sound energy is, as described above, transferred to a pressurized liquid and passed from there to a flow cell through which the flowable composition to be treated with ultrasound flows.

Die beschriebene Erfindung ist weiterhin hervorragend zur Beschallung von fliessfähigen Zusammensetzungen unter aseptischen Bedingungen geeignet.The described invention is further excellent for sonication of flowable compositions under suitable for aseptic conditions.

Die beschallte fliessfähige Zusammensetzung kommt ausschliesslich mit dem im Druckmantel befindlichen Rohr (Durchflusszelle) in Kontakt und ist damit während der Passage der Ultraschallapparatur hermetisch von der Umgebung abgeschlossen und vor Kontamination geschützt.The sonicated flowable composition comes exclusively with the pipe in the pressure jacket (flow cell) in contact and is with it during the passage of the ultrasound apparatus hermetically from the environment completed and protected from contamination.

Das mit der beschallten fliessfähige Zusammensetzung in Kontakt stehende Rohr (Durchflusszelle) kann sehr einfach sterilisiert werden.That with the sonicated flowable composition in contact tube (flow cell) can be sterilized very easily become.

Die nicht mit der fliessfähigen Zusammensetzung in Kontakt stehenden Apparateteile können auf einfache Weise oberflächendesinfiziert werden, beispielsweise durch Besprühen/Abreiben mit desinfizierenden Lösungen und/oder durch Behandlung mit kurzwelliger Strahlung, z.B. ultraviolettem Licht.Not with the flowable composition Parts of the device in contact can easily be surface disinfected be, for example by spraying / rubbing with disinfectant solutions and / or by treatment with short-wave radiation, e.g. ultraviolet Light.

Der Zusammenbau der sterilisierten einzelnen Komponenten der Apparatur kann unproblematisch beispielsweise in einem Laminar-Flow-Arbeitsplatz, Isolator oder Reinraum erfolgen.Assembling the sterilized individual components of the equipment can be unproblematic, for example in a laminar flow work station, isolator or clean room.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Durchflusszelle ist die Möglichkeit, jenes Element der Apparatur, das mit der beschallten fliessfähigen Zusammensetzung in Kontakt steht, nämlich das durchströmte Rohr (Durchflusszelle), nach erfolgter Beschallung auszu-tauschen. Eine gegebenenfalls der Validierung bedürfende Reinigung des Rohres beim Wechsel von einem Produkt bzw. einer Charge zur nächsten sowie eine Kontrolle auf möglichen Verschleiss kann damit vermieden werden. In Abhängigkeit von dem für das Rohr verwendeten Material ist dieser Austausch mit nur geringen Kosten verbunden, die jene der Reinigung und Reinigungsvalidierung unterschreiten.Another advantage of the flow cell according to the invention is the possibility that element of the apparatus that has the sonicated flowable composition is in contact, namely the flowed pipe (Flow cell), to be replaced after sonication. A if necessary, the pipe needs to be validated when changing from one product or batch to the next as well a check for possible Wear can thus be avoided. Depending on that for the pipe The material used is this exchange at only a low cost connected that fall below those of cleaning and cleaning validation.

Weitere Vorteile bietet die erfindungsgemässe Durchflusszelle dadurch, dass die Temperatur des mit Ultraschall behandelten Produktes mit Hilfe einer Temperierung des den Druckmantel der Zelle durchströmenden Mediums kontrolliert werden kann. Sowohl eine Erwärmung als auch eine Kühlung des beschallten Produktes ist somit möglich. Je nach Anwendungszweck kommen dabei Temperaturen von –80 bis 200 °C in Betracht.The flow cell according to the invention offers further advantages in that the temperature of the product treated with ultrasound with the aid of a temperature control of the medium flowing through the pressure jacket of the cell can be controlled. Both heating and cooling the sonicated product is possible. Depending on the application temperatures of –80 up to 200 ° C into consideration.

Im Zusammenhang mit der Durchführung von sonochemischen Reaktionen kann dieses genutzt werden, um das Reaktionsgemisch auf eine für die durchzuführende Reaktion günstige Temperatur zu erwärmen oder um durch eine exotherme Reaktion erzeugte Wärme abzuführen. Weiterhin kann über die Temperatur Einfluss auf Eigenschaften des beschallten Gutes genommen werden. So können beispielsweise Substanzen geschmolzen oder in geschmolzenem Zustand erhalten, die Festigkeit von zu zerteilenden Feststoffen beeinflusst oder thermolabile Substanzen bei Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur beschallt werden. Auch kann durch Dissipation von Schallenergie im beschallten Gut erzeugte Wärme abgeführt werden.In connection with the implementation of Sonochemical reactions can be used to make the reaction mixture on one for the one to be carried out Reaction favorable Temperature or to dissipate heat generated by an exothermic reaction. You can also use the Temperature influences the properties of the sonicated material become. So can for example, substances melted or in the molten state received, the strength of solids to be divided influenced or thermolabile substances at temperatures below room temperature be sonicated. Also, by dissipating sound energy heat generated in the sonicated material dissipated become.

Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind in Unteransprüchen beschrieben.Appropriate embodiments of the invention are in subclaims described.

Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen der Beschallung einer fliessfähigen Zusammensetzung mit Ultraschall in einer Durchflusszelle nach der Erfindung näher erläutert. In der zugehörigen zeichnung zeigen:The invention is hereinafter in several embodiments the sound of a flowable Composition with ultrasound in a flow cell after the Invention closer explained. In the associated show drawing:

1 : die schematische Schnittdarstellung der Anordnung zur kontinuierlichen Beschallung einer fliessfähigen Zusammen setzung (Durchflusszelle), 1 : the schematic sectional view of the arrangement for the continuous sonication of a flowable composition (flow cell),

2 : die schematische Darstellung des Verfahrensablaufs am Beispiel der Herstellung einer Dispersion aus Flüssigkeiten, Feststoffen, Gasen, wobei die Rohdispersion im Zuge der Förderung in die Durchflusszelle erzeugt wird und 2 : the schematic representation of the process flow using the example of the production of a dispersion of liquids, solids, gases, the raw dispersion being generated in the course of the conveyance into the flow cell and

3 : die schematische Darstellung des Verfahrensablaufs am Beispiel der Herstellung einer Dispersion aus Flüssigkeiten, Feststoffen, Gasen durch Vorgeschaltete Erzeugung der Rohdispersion vor der Durchflusszelle. 3 : The schematic representation of the process sequence using the example of the production of a dispersion from liquids, solids, gases by upstream generation of the raw dispersion in front of the flow cell.

Die Durchflusszelle 4 zur kontinuierlichen Beschallung eines kleinen Flüssigkeitsvolumens besteht entsprechend der Darstellung in der 1 im wesentlichen aus einem Rohr 10, in dem ein bevorzugterweise nicht-metallisches Rohr 50 (Durchflussstrecke, Durchflusszelle) mit einer darin durchfließenden, zu beschallenden fliessfähigen Zusammensetzung 80 (Arbeitsflüssigkeit) über Abdichtungen 40 vom Rohr 10 beabstandet angeordnet ist.The flow cell 4 for the continuous sonication of a small volume of liquid, as shown in the 1 essentially from a tube 10 , in which a preferably non-metallic tube 50 (Flow path, flow cell) with a flowable composition to be sonicated and flowing through 80 (Working fluid) over seals 40 from the pipe 10 beabstan det is arranged.

Mit dem Rohr 10 ist zur Ultraschallanregung eine Ultraschallquelle 60 verbunden. Mit dem Raum zwischen dem Rohr 10 und der Durchflusszelle 50 sind ein Flüssigkeitszulauf 30 und ein Flüssigkeitsablauf 70 verbunden, welche durch Endmassen 20 geführt sind.With the pipe 10 is an ultrasound source for ultrasound excitation 60 connected. With the space between the pipe 10 and the flow cell 50 are a liquid supply 30 and a fluid drain 70 connected by gauges 20 are led.

Das Rohr 10 wird durch den Ultraschallwandler 60 in Schwingungen versetzt, die über eine Flüssigkeit 90, zum Beispiel Wasser, auf die Durchflusszelle 50 übertragen werden. Die Flüssigkeit 90 steht unter Druck, zum Beispiel 4 bis 10 bar, um eine Kavitation der Flüssigkeit 90 und den frühen Verschleiß der Sonotrode des Ultraschallwandlers 60 und des Rohrs 10 zu verhindern. Gleichzeitig kann die Flüssigkeit 90 die Temperierung des Systems übernehmen.The pipe 10 is through the ultrasonic transducer 60 vibrated over a liquid 90 , for example water, on the flow cell 50 be transmitted. The liquid 90 is under pressure, for example 4 up to 10 bar to cavitate the liquid 90 and the early wear of the ultrasonic transducer sonotrode 60 and the pipe 10 to prevent. At the same time, the liquid 90 take over the temperature control of the system.

Die Durchflusszelle 50 schwingt .mit der Flüssigkeit 90 und überträgt die Schwingungen auf die in ihr befindliche Arbeitsflüssigkeit 80.The flow cell 50 vibrates with the liquid 90 and transfers the vibrations to the working fluid in it 80 ,

Die Endmassen 20 dienen der schwingungstechnischen Entkopplung der Abdichtungen 40 und der Anschlüsse 30 und 70 für die Flüsigkeit 90.The final dimensions 20 serve to isolate the seals from vibrations 40 and the connections 30 and 70 for the liquid 90 ,

Ein Wechsel der Durchflusszelle 50 erfolgt sehr einfach im ausgeschalteten Zustand des Gerätes im drucklosen Kühlkreislauf durch Lösen von nicht dargestellten Klemmungen im Bereich der Abdichtungen 40.A change of the flow cell 50 takes place very easily when the device is switched off in the pressureless cooling circuit by releasing clamps (not shown) in the area of the seals 40 ,

Zur Übertragung der Schallenergie von der Sonotrode auf die mit der Arbeitsflüssigkeit 80 durchströmte Durchflusszelle 50 kommen bevorzugt folgende Flüssigkeiten in Frage: Wasser, insbesondere destilliertes und deionisiertes, gegebenenfalls mit Zusätzen zur Änderung der kolligativen Eigenschaften (Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktssenkung); mineralische und natürliche Öle sowie Mischungen derselben; Silikonöle und Silikonöl-Mischungen, schwerflüchtige Flüssigkeiten aromatischer oder nicht-aromatischer Natur und Mischungen derselben; Quecksilber.To transmit the sound energy from the sonotrode to that with the working fluid 80 flow-through flow cell 50 the following liquids are preferred: water, in particular distilled and deionized, optionally with additives for changing the colligative properties (increase in boiling point, decrease in freezing point); mineral and natural oils and mixtures thereof; Silicone oils and silicone oil mixtures, non-volatile liquids of aromatic or non-aromatic nature and mixtures thereof; Mercury.

Als Werkstoffe für die von der zu beschallenden Arbeitsflüssigkeit 80 durchströmte Durchflusszelle 50 kommen bevorzugt folgende Materialien in Frage: Glas, zum Beispiel Glasart I, II oder III gemäss Europ. Arzneibuch, 1997; harte, abriebsfeste Kunststoffe, zum Beispiel Polycarbonat, PVC, Polyurethane, Polyamide, Polyester, jedoch auch Teflon, Polystyrol, Polyolefine; keramische Werkstoffe, Metalle und Hartmetalle (wenn eine Kontamination mit Metallpartikeln und/oder -ionen unkritisch ist).As materials for the working fluid to be sonicated 80 flow-through flow cell 50 The following materials are preferred: glass, for example glass type I, II or III according to Europ. Pharmacopoeia, 1997; hard, abrasion-resistant plastics, for example polycarbonate, PVC, polyurethanes, polyamides, polyesters, but also Teflon, polystyrene, polyolefins; ceramic materials, metals and hard metals (if contamination with metal particles and / or ions is not critical).

Zur Übertragung der Schallenergie von der Sonotrode auf die mit der Arbeitsflüssigkeit 80 durchströmte Durchflusszelle 50 und Temperierung der beschallten Arbeitsflüssigkeit 80 wird die übertragende Flüssigkeit 90 erfindungsgemäss vorteilhaft unter Drücke von 2 bis 20 bar, bevorzugt 4 bis 10 bar gesetzt; dieses bei Flussraten von 0 bis 600 l/h, bevorzugt 0 bis 100 l/h und Temperaturen der Flüssigkeit von –80 bis 200 °C.To transmit the sound energy from the sonotrode to that with the working fluid 80 flow-through flow cell 50 and temperature control of the sonicated working fluid 80 becomes the transmitting fluid 90 according to the invention advantageously set at pressures of 2 to 20 bar, preferably 4 to 10 bar; this at flow rates from 0 to 600 l / h, preferably 0 to 100 l / h and liquid temperatures from -80 to 200 ° C.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die fließfähige Zusammensetzung (Arbeitsflüssigkeit) durch die erfindungsgemässe Ultraschalldurchflusszelle 4 nach 1 hindurchgeführt wird, wobei Schallenergie der Ultraschalldurchflusszelle 4 in die Arbeitsflüssigkeit 80 eingetragen und diese dadurch in gewünschter Weise verändert wird.The method according to the invention consists in the flowable composition (working fluid) through the ultrasonic flow cell according to the invention 4 to 1 is passed through, sound energy of the ultrasonic flow cell 4 into the working fluid 80 entered and this is changed in the desired manner.

Das Verfahren besteht gemäß den Darstellungen in den 2 und 3 im wesentlichen aus drei Prozessschritten:

  • (1) Dosieren und/oder Vormischen der Komponenten der fliessfähigen Zusammensetzung (Arbeitsflüssigkeit);
  • (2) Fördern durch und gleichzeitiges Beschallen der Arbeitsflüssigkeit in der erfindungsgemässen Ultraschalldurchflusszelle;
  • (3) Einleiten der beschallten Arbeitsflüssigkeit in ein Auffang- oder Prozessgefäss bzw. Weiterleiten zu einem nachgeschalteten weiteren Verarbeitungsprozess.
The procedure is as shown in the 2 and 3 essentially from three process steps:
  • (1) dosing and / or premixing the components of the flowable composition (working fluid);
  • (2) conveying by and simultaneously sonicating the working fluid in the ultrasonic flow cell according to the invention;
  • (3) Introducing the sonicated working fluid into a collecting or process vessel or forwarding it to a subsequent further processing process.

Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Arbeitsflüssigkeit während der drei Prozessschritte von Umgebungseinflüssen isoliert werden kann und nicht in direkten Kontakt mit der Sonotrode kommt. Deshalb kann das Verfahren unter Ausschluss von mikrobieller oder nicht-mikrobieller Kontamination sowie zudem unter streng definierten Temperaturbedingungen durchgeführt werden.It is essential to the invention that the working fluid while which three process steps can be isolated from environmental influences and does not come into direct contact with the sonotrode. That's why it can Procedure excluding microbial or non-microbial Contamination and also under strictly defined temperature conditions carried out become.

Daraus ergeben sich Vorteile zur Behandlung fliessfähiger Zusammensetzungen in den Bereichen der Pharmatechnologie, Lebensmitteltechnologie, Biotechnologie, Zellbiologie, Kosmetik, Elektronik und Elektrotechnik.This has advantages for Treatment more fluid Compositions in the fields of pharmaceutical technology, food technology, Biotechnology, cell biology, cosmetics, electronics and electrical engineering.

Ganz generell eignet sich das Verfahren zur Ultrabeschallung von einer oder mehreren nicht-mischbaren, teilweise mischbaren oder vollständig mischbaren Flüssigkeiten, sowie zur Manipulation von einer oder mehreren Flüssigkeiten und darin unlöslichen, teilweise löslichen oder vollständig löslichen Gasen oder Feststoffen.The procedure is generally suitable for sonication of one or more immiscible, partially miscible or complete miscible liquids, as well as for the manipulation of one or more liquids and insoluble in it, partially soluble or completely soluble Gases or solids.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zur kontinuierlichen, berührungs- und kontaminationsfreien Beschallung fliessfähiger Zusammensetzungen zum Zwecke von Mischung, Emulgierung, Homogenisierung, Zerkleinerung, Suspendierung oder Emulgierung von Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen in einer förderbaren Flüssigkeit, zum Zell- und Organaufschluss, zu Desaggregierung, Entgasung, Durchführung und Steuerung von chemischen Reaktionen, zur Kontrolle von Kristallbildung, zur Herstellung von Liposomen, mizellaren Systemen, Nano- und Mikroemulsionen, Nanopartikeln, Nanokapseln, Mikrosphären und Mikrokapseln und dergleichen.The method is particularly suitable for continuous, contact-free and contamination-free sonication of flowable compositions for the purpose of mixing, emulsification, homogenization, comminution, suspension or emulsification of liquids, solids and gases in a conveyable liquid, for cell and organ disruption, for disaggregation, degassing , Implementation and control of chemical reactions, for the control of crystal formation, for the production of liposomes, micellar systems, nano- and microemulsions, nanoparticles, nanocapsules, microspheres and microcapsules and like.

Zum Dosieren der Komponenten der fliessfähigen Zusammensetzung (Prozess-Schritt 1) werden die verschiedenen Komponenten der fliessfähigen Zusammensetzung beispielsweise mittels geeigneter Pumpen, Gasflaschen, Gasförder- und Gasflussmesssysteme, sowie Pulverförder- und Pulverdosier-systeme oder auch manuell in ein geeignetes, bevorzugt hermetisch abschliessbares, steriles Gefäss, Rohr oder einen Schlauch eingebracht.For dosing the components of the flowable Composition (process step 1) are the different components the flowable Composition, for example using suitable pumps, gas cylinders, gas production and gas flow measuring systems, as well as powder conveying and powder dosing systems or also manually into a suitable, preferably hermetically lockable, sterile vessel, Pipe or hose inserted.

Die Komponenten werden dann in einem bevorzugt nach aussen abgeschlossen System vorgemischt, was entweder in einem vorgelagerten Schritt vor der Förderung der fliessfähigen Zusammensetzung in die Durchflusszelle oder im Zuge der Förderung geschehen kann. Eine Vormischung im Zuge der Förderung der fliessfähigen Zusammensetzung kann beispielsweise mittels einfachen Geräten wie T-Stück, geeigneten Mischventilen, Fritten, Membranen, bewegter oder statischer Mischer erzielt werden.The components are then in one preferably externally closed system premixed, which is either in an upstream step before promoting the flowable composition into the flow cell or as part of the funding. A Premixing in the course of the funding the flowable Composition can be done using simple devices such as Tee, suitable mixing valves, frits, membranes, agitated or static Mixer can be achieved.

Wichtig ist, dass bereits das Vormischen der Komponenten in einem sterilisierbaren Gerät oder Gefäss kontaminationsfrei und von Umwelteinflüssen hermetisch abgeschirmt erfolgt.It is important that the premixing already the components in a sterilizable device or container free of contamination and from environmental influences hermetically shielded.

Das Fördern durch und gleichzeitige Beschallen der fliessfähigen Zusammensetzung in der erfindungsgemässen Durchflusszelle der (Prozess-Schritt 2) ist der zentrale Schritt dieser Erfindung.Funding through and simultaneous Sonication of the flowable Composition in the flow cell according to the invention the (process step 2) is the central step of this invention.

Das Fördern der fliessfähigen Zusammensetzung kann entweder vor oder nach dem Vormischen der Komponenten (Prozess-Schritt 1) mittels geeigneter Fördereinrichtungen wie Pumpen oder Überdruckeinrichtungen erfolgen, wobei die Pumpen oder Überdruckeinrichtungen sterilisierbar sein und kontamina-tionsfrei arbeiten müssen. Der Volumenstrom der fliessfähigen Zusammensetzung durch die Durchflusszelle wird so gesteuert, dass die fliessfähige Zusammensetzung während eines gewünschten Zeitintervalls im Rohr ultrabeschallt werden kann. Dieses Zeitintervall der Beschallung kann je nach Anwendungszweck zwischen 0,1 Sekunden und 12 Stunden liegen, wobei die bevorzugte Beschallungsdauer zwischen 1 Sekunde und 1 Stunde liegt. Über die Schwingungsamplitude der Sonotrode und deren Frequenz kann die in die beschallte fliessfähige Zusammensetzung eingetragene Leistung kontrolliert werden. Je nach Anwendungszweck kann der Leistungseintrag zwischen 1 W und 1 kW variiert werden, wobei der Leistungseintrag bevorzugterweise zwischen 2 und 400 W liegt. Als Schallfrequenzen kommen 16 bis 150 kHz, bevorzugt 20 bis 100 kHz, in Frage.Promoting the flowable composition can be done either before or after premixing the components (process step 1) suitable funding institutions such as pumps or overpressure devices take place, the pumps or overpressure devices must be sterilizable and must work without contamination. The Volume flow of the flowable Composition through the flow cell is controlled so that the flowable Composition during a desired one Time interval in the tube can be sonicated. This time interval Depending on the application, the sound can be between 0.1 seconds and 12 hours, with the preferred sonication time between 1 second and 1 hour. about the vibration amplitude of the sonotrode and its frequency can into the sonicated flowable Composition of registered performance can be checked. Depending on The application of power can be between 1 W and 1 kW can be varied, the power input preferably between 2 and 400 W is. Sound frequencies from 16 to 150 kHz are preferred 20 to 100 kHz, in question.

Die Verweilzeit und der Leistungseintrag in die mit Ultraschall behandelte fliessfähige Zusammensetzung bestimmen zusammen die eingetragene Schallenergie, über welche zusammen mit der Frequenz Einfluss auf den Effekt der Beschallung genommen werden kann.The dwell time and the performance input determine the flowable composition treated with ultrasound together the registered sound energy, over which together with the Frequency influence on the effect of the sound system can.

So ist es beispielsweise möglich, den Mittelwert und die Breite der Tröpfchengrössenverteilung bei der Erzeugung von Emulsionen zu beeinflussen.For example, it is possible Mean and the width of the droplet size distribution to influence in the production of emulsions.

Bei der Zerkleinerung von Feststoffen in einer Flüssigkeit kann in gleicher Weise die erzeugte Korngrösse des Feststoffs kontrolliert werden.When crushing solids in a liquid can control the grain size of the solid in the same way become.

Auch besteht die Möglichkeit, beim Aufschluss biologischen Materials den Grad des Aufschlusses zu beeinflussen, um beispielsweise Zellverbände in einzelne Zellen zu zertrennen oder diese zudem aufzuschliessen.There is also the possibility the degree of decomposition when digesting biological material to influence, for example, to separate cell groups into individual cells or to unlock them.

Grosse Bedeutung für den Beschallungseffekt auf die fliessfähige Zusammensetzung haben nebst Beschallungszeit, Leistungseintrag und Schallfrequenz auch die Materialart, die Geometrie sowie die Oberflächeneigenschaften der mit der fliessfähigen Zusammensetzung in Berührung kommenden Durchflusszelle, wie dies weiter oben unter der Beschreibung der Einrichtung ausgeführt wurde.Great importance for the sound effect on the flowable In addition to sonication time, performance input and Sound frequency also the type of material, the geometry and the surface properties the one with the flowable Composition in touch upcoming flow cell as described above under the description of the facility has been.

Als Material für diese Durchflusszelle kann vorzugsweise ein Nichtmetall, besonders bevorzugt Glas oder ein harter Kunststoff, gewählt werden, um einen Eintrag von Metallpartikeln in die zu beschallende fliessfähige Zusammensetzung zu vermeiden.Can be used as material for this flow cell preferably a non-metal, particularly preferably glass or a hard plastic, chosen to prevent metal particles from entering the sound system flowable To avoid composition.

Weiterhin können durch geeignete Materialwahl und/oder Oberflächenbehandlung der Durchflusszelle unerwünschte Interaktionen zwischen Bestandteilen der fliessfähigen Zusammensetzung und dem Material der Durchflusszelle vermieden werden.Furthermore, by suitable choice of materials and / or surface treatment the flow cell undesirable Interactions between components of the flowable composition and the Material of the flow cell can be avoided.

Beispiele für unerwünschte Interaktionen sind Adsorption von Komponenten der fliessfähigen Zusammensetzung an die Durchflusszelle, Desorption von Materialkomponenten der Durchflusszelle (Metallspuren, Kunststoffadditive), Reaktion von Komponenten der fliessfähigen Zusammensetzung mit dem Material der Durchflusszelle oder desorbierten Komponenten derselben, katalytische Reaktionen durch das Material dee Durchflusszelle oder desorbierte Durchflusszellenkomponenten in der fliessfähigen Zusammensetzung, sowie physikalisch-chemische Vorgänge an der Grenzfläche zwischen der fliessfähigen Zusammensetzung und der Durchflusszelle.Examples of undesirable interactions are adsorption of components of the flowable Composition to the flow cell, desorption of material components the flow cell (traces of metal, plastic additives), reaction of components of the flowable Composition with the material of the flow cell or desorbed Components of the same, catalytic reactions through the material Flow cell or desorbed flow cell components in the flowable Composition, as well as physico-chemical processes at the interface between the flowable Composition and the flow cell.

Durch die Wahl des Materials für die Durchflusszelle oder durch Modifikation von deren Oberfläche kann zudem die Grenzflächenspannung zwischen der Durchflusszelle und der beschallten fliessfähigen Zusammensetzung oder Komponenten derselben beeinflusst werden.By choosing the material for the flow cell or by modifying their surface, the interfacial tension can also between the flow cell and the sonicated flowable composition or components of the same.

Besteht die zu beschallende fliessfähige Zusammensetzung aus mehreren Komponenten, kann so die bevorzugte Benetzung des Durchflusszelle durch eine oder mehrere dieser Komponenten verhindert werden, was einer Durchmischung der verschiedenen Komponenten der fliessfähigen Zusammensetzung abträglich wäre.Is the flowable composition to be sonicated? of multiple components, so can be the preferred wetting of the flow cell what can be prevented by one or more of these components a mixing of the various components of the flowable composition would be detrimental.

Weiterhin kann durch die Geometrie der Durchflusszelle oder durch die Beschaffenheit der Innenfläche derselben die Strömung durch die Durchflusszelle so verändert werden, dass ein laminares oder turbulentes Fliessen der fliessfähigen Zusammensetzung erzielt wird, was den Effekt der Beschallung verstärken oder abschwächen kann.Furthermore, due to the geometry the flow cell or by the nature of the inner surface thereof the flow so changed by the flow cell be that a laminar or turbulent flow of the flowable composition is achieved, which can intensify or weaken the effect of the sound system.

Auch hat die Geometrie der Durchflusszelle Einfluss auf die Effizienz der Schallübertragung auf die zu beschallende fliessfähige Zusammensetzung, beispielswiese durch die Wanddicke der Durchflusszelle.Also has the geometry of the flow cell Influence on the efficiency of sound transmission on the sound system flowable Composition, for example by the wall thickness of the flow cell.

Das Einleiten der beschallten fliessfähigen Zusammensetzung in ein Auffang- oder Prozessgefäss bzw. das Weiterleiten zu einem nachgeschalteten weitern Verarbeitungsprozess (Prozess-Schritt 3) geschieht erfindungsgemäss ebenfalls unter genau kontrollierten Bedingungen und unter Ausschluss von möglichen Kontaminationen.The introduction of the sonicated flowable composition in a collection or process vessel or forwarding to a subsequent further processing process (Process step 3) also takes place according to the invention under precisely controlled ones Conditions and excluding possible contamination.

Als Auffanggefäss kann ein Einzelportionen- oder Mehrportionengefäss zur Zwischen- oder Endlagerung der fliessfähigen Zusammensetzung verwendet werden. Ein Prozessgefäss bzw. eine Weiterleitung wird angewendet, wenn die fliessfähige Zusammensetzung aus dem erfindungsgemässen Verfahren in einem weiteren Verfahren weiterverarbeitet wird, so wie dies beispielsweise bei der Herstellung von Mikro- und Nanokapseln oder Mikro- oder Nanosphären geschieht.A single portion can be used as a or multi-serving jar used for intermediate or final storage of the flowable composition become. A process vessel or a forwarding is applied if the flowable composition from the inventive Process is processed in a further process, so like this for example in the production of micro and nanocapsules or micro or nanospheres happens.

Folgende Beispiele sollen die Anwendungsbreite der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in den 2 und 3 verdeutlichen.The following examples are intended to illustrate the scope of the invention with reference to the schematic representations in FIGS 2 and 3 clarify.

Dabei zeigt die 2 den Verfahrensablauf am Beispiel der Herstellung einer Dispersion aus einer Flüssigkeit und wahlweise einer zweiten Flüssigkeit A, einem Feststoff B oder einem Gas C. Es wird eine Rohdispersion im Zuge der Förderung in die Ultraschalldurchflusszelle 4 erzeugt.The shows 2 the process sequence using the example of the production of a dispersion from a liquid and optionally a second liquid A, a solid B or a gas C. It becomes a raw dispersion in the course of the conveyance into the ultrasonic flow cell 4 generated.

Die 3 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Herstellung einer Emulsion aus einer Flüssigkeit und wahlweise einer zweiten Flüssigkeit A, einem Feststoff B oder einem Gas C. Die Rohdispersion wird hier jedoch vor der Förderung in die Ultraschalldurchflusszelle erzeugt.The 3 illustrates the method according to the invention using the example of the production of an emulsion from a liquid and optionally a second liquid A, a solid B or a gas C. However, the raw dispersion is produced here before being conveyed into the ultrasonic flow cell.

In beiden Figuren ist die kontinuierliche flüssige Phase mit 1, die Zudosierung der dispersen Phase mit 2, ein Mischer mit 3, die Zufuhr der Flüssigkeit zur Schallübertragung mit 30 (1), ein Wärmetauscher mit 6, der Ablauf der Flüssigkeit zur Schallübertragung mit 70 (1), eine grobdispersive fliessfähige Zusammensetzung nach dem Verfahrensschritt 1 mit 8 und die nach dem Verfahren behandelte fliessfähige Zusammensetzung (Verfahrensschritt 2) mit 9 bezeichnet.In both figures the continuous liquid phase is included 1 , the dosing of the disperse phase with 2 , a mixer with 3, the supply of the liquid for sound transmission with 30 ( 1 ), a heat exchanger with 6 , the flow of the liquid for sound transmission with 70 ( 1 ), a coarsely dispersive, flowable composition after the process step 1 With 8th and the flowable composition treated by the process (process step 2) 9 designated.

Beispiel 1example 1

Herstellung einer Emulsion einer wässrigen Lösung eines Modellproteins in einer organischen Lösung eines bioabbaubaren Polymers als Vorstufe zur Weiterverarbeitung zu Mikrosphären als therapeutisches Delivery System.Preparation of an emulsion of a aqueous solution a model protein in an organic solution of a biodegradable polymer as a preliminary stage for further processing into microspheres as a therapeutic delivery System.

Die Ultraschallzelle 4 wird mit einem Glasrohr 50 (1) mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einer Wandstärke von 0.5 mm ausgestattet.The ultrasound cell 4 comes with a glass tube 50 ( 1 ) with an inner diameter of 2 mm and a wall thickness of 0.5 mm.

Der Druck der Flüssigkeit 90 im Druckmantel 10 (1) der erfindungsgemässen Ultraschalldurchflusszelle 4 beträgt 4,5 bis 5,5 bar, die Temperatur ca. 10 °C.The pressure of the liquid 90 in a pressure jacket 10 ( 1 ) the ultrasonic flow cell according to the invention 4 is 4.5 to 5.5 bar, the temperature is approx. 10 ° C.

Eine 5% (w/w) Lösung des Polymers Poly(Milch-co-Glykolsäure) in Dichlormethan (DCM) und eine 10% (w/w) Lösung des Proteins Rinderserum Albumin (BSA) in einem Phosphatpuffer vom pH = 7.4 werden mittels zweier nicht dargestellter Spritzenpumpen und über ein T-Stück in das Glasrohr 50 der Ultraschallzelle 4 gefördert. Die Flussraten betragen 2 ml/h für die BSA-Lösung und 40 ml/h für die Polymerlösung. Die Amplitude des Schallgebers der Ultraschallzelle 4 wird im Bereich von 40% bis 80% der Maximalamplitude variiert. Die erzeugten W/O Emulsionen werden aufgefangen und mittels Laserlichtstreuung (Malvern Mastersizer X, 100 mm-Linse, Mie-Beugung) bezüglich ihrer Tröpfchengrösse analysiert. Man erhält reproduzierbar stabile Emulsionen mit einer mittleren Tröpfchengrösse (Volumenverteilung) im Bereich von 1.37 bis 0.62 Micrometer (4, Tabelle 1), die sich mit steigender Amplitude stetig verringert. Die bei hohen Amplituden hergestellten Emulsionen weisen eine sehr enge Tröpfengrössenverteilung auf. Die erzeugten Emulsionen sind in einem Zeitraum > 30 Minuten stabil und erfüllen damit eine Grundvoraussetzung zur Weiterverarbeitung zu Mikrosphären.A 5% (w / w) solution of the polymer poly (milk-co-glycolic acid) in dichloromethane (DCM) and a 10% (w / w) solution of the protein bovine serum albumin (BSA) in a phosphate buffer with pH = 7.4 are used two syringe pumps, not shown, and via a T-piece into the glass tube 50 the ultrasonic cell 4 promoted. The flow rates are 2 ml / h for the BSA solution and 40 ml / h for the polymer solution. The amplitude of the ultrasound cell sounder 4 is varied in the range from 40% to 80% of the maximum amplitude. The W / O emulsions generated are collected and analyzed for their droplet size using laser light scattering (Malvern Mastersizer X, 100 mm lens, Mie diffraction). Reproducibly stable emulsions with an average droplet size (volume distribution) in the range from 1.37 to 0.62 micrometer ( 4 , Table 1), which decreases steadily with increasing amplitude. The emulsions produced at high amplitudes have a very narrow droplet size distribution. The emulsions generated are stable for a period of> 30 minutes and thus fulfill a basic requirement for further processing into microspheres.

Tabelle 1: Mittlere Tropfengrösse von Emulsionen, die wie in Beispiel 1 bis 3 beschrieben, mittels des erfindungsgemässen Verfahrens erzeugt wurden.

Figure 00240001
Table 1: Average droplet size of emulsions, which were generated as described in Examples 1 to 3 by means of the method according to the invention.
Figure 00240001

Beispiel 2Example 2

Es wird wie in Beispiel 1 vorgegangen. Im Unterschied zu Beispiel 1 beträgt die Flussrate der Proteinlösung 3 ml/h, die der Polymerlösung 60 ml/h. Die Amplitude des Schallgebers beträgt 80% vom Maximum. Man erhält eine stabile Emulsion, die gegenüber Beispiel 1 eine nur minimale Vergrösserung der mittleren Tropfengrösse aufweist (Tabelle 1) .The procedure is as in Example 1. In contrast to example 1, the flow rate of the protein solution is 3 ml / h, that of the polymer solution 60 ml / h. The amplitude of the sounder is 80% of the maximum. You get one stable emulsion that opposite Example 1 has only a minimal increase in the average drop size (Table 1) .

Beispiel 3Example 3

Es wird wie in Beispiel 1 vorgegangen. Im Unterschied zu Beispiel 1 wird anstelle des Lösungsmittels Dichlormethan wird das weniger toxische Ethylformiat (EF) als Lösungsmittel für das Polymer verwendet. Die Konzentration des Modellproteins BSA in der Pufferlösung beträgt 5% (w/w); die Flussraten betragen 2 ml/h für die Protein- und 40 ml/h für die Polymerlösung. Die Amplitude des Schallgebers wird im Bereich von 40% bis 80% der Maximalamplitude variiert. Man erhält reproduzierbar stabile Emulsionen mit einer mittleren Tröpfchengrösse (Volumenverteilung) im Bereich von 0.90 bis 0.68 Micrometer (Tabelle 1). Bei einer Amplitude von 60% wird ein Minimum der mittleren Tröpfchengrösse gefunden. Die Emulsionen weisen eine enge Tropfengrössenverteilung auf und sind in einem Zeitraum von > 30 Minuten stabil.The procedure is as in Example 1. In contrast to Example 1, dichloromethane is used instead of the solvent becomes the less toxic ethyl formate (EF) as a solvent for the Polymer used. The concentration of the model protein BSA in the buffer solution is 5% (w / w); the flow rates are 2 ml / h for the protein and 40 ml / h for the Polymer solution. The amplitude of the sounder is in the range of 40% to 80% of the Maximum amplitude varies. Reproducibly stable emulsions are obtained with an average droplet size (volume distribution) in the range of 0.90 to 0.68 micrometers (Table 1). With an amplitude a minimum of 60% is found for the mean droplet size. The emulsions have a narrow droplet size distribution and are stable over a period of> 30 minutes.

Beispiel 4Example 4

Es wird wie in Beispiel 3 vorgegangen. Die Konzentration des Modellproteins BSA in der Pufferlösung beträgt 10% (w/w). Die Lösungen von Polymer und BSA werden über 0.2 Mikrometer Filter sterilfiltriert. Das Glasrohr 50 der Ultraschalldurchflusszelle 4, sämtliches Schlauchmaterial, sowie das T-Stück werden autoklaviert, die Pumpen und die Ultraschalldurchflusszelle 4 in einem Laminar-Flow-Arbeitsplatz installiert und durch Besprühen mit einer ethanolischen Lösung desinfiziert. In den Pumpen werden sterile Einmalspritzen installiert. Der Zusammenbau der Versuchsapparatur erfolgt im Laminar-Flow-Arbeitsplatz. Nach erfolgtem Zusammenbau wird die Apparatur nochmals mit einer ethanolischen Lösung gespült. Es werden wie unter Beispiel 3 beschrieben bei einer Amplitude von 80% der Maximalamplitude Emulsionen hergestellt. Die erzeugten Emulsionen werden mit sterilem Ethylformiat verdünnt und sofort im Verhältnis 1:10 mit CASO Bouillon gemischt und über Nacht inkubiert. Am folgenden Tag wird die Bouillon über Kartuschen des Testsystems Millipore® 100 filtriert und diese mit TSB (tryptic soy broth) Medium befällt. Gemäss Europäischem Arzneibuch wird eine Hälfte der Kartuschen 14 Tage bei 30–35 °C zur Kontrolle auf Bäkterienwachstum, die andere Hälfte 14 Tage bei 20–25 °C zur Kontrolle auf Pilzwachstum inkubiert. Es konnte keine Kontamination festgestellt werden.The procedure is as in Example 3. The concentration of the model protein BSA in the buffer solution is 10% (w / w). The polymer and BSA solutions are sterile filtered through a 0.2 micron filter. The glass tube 50 the ultrasonic flow cell 4 , all hose material and the T-piece are autoclaved, the pumps and the ultrasonic flow cell 4 installed in a laminar flow workstation and disinfected by spraying with an ethanolic solution. Sterile disposable syringes are installed in the pumps. The test equipment is assembled in the laminar flow work station. After assembly, the apparatus is rinsed again with an ethanolic solution. It will be like under example 3 described at an amplitude of 80% of the maximum amplitude emulsions. The emulsions produced are diluted with sterile ethyl formate and immediately mixed in a 1:10 ratio with CASO broth and incubated overnight. The following day, the broth is applied to cartridges from the Millipore ® 100 test system filtered and infested with TSB (tryptic soy broth) medium. According to the European Pharmacopoeia, half of the cartridges are 14 Days at 30-35 ° C to check for bacterial growth, the other half 14 Incubated days at 20-25 ° C to check for fungal growth. No contamination was found.

Beispiel 5Example 5

Parenterale Öl-in-Wasser (O/W) – Fettemulsion bestehend aus Soyaöl, einem Emulgator, einem Isotonisierungszusatz und Wasser.Parenteral oil-in-water (O / W) fat emulsion consisting of soybean oil, an emulsifier, an isotonizing additive and water.

Die erfindungsgemässe Ultraschalldurchflusszelle 4 wird mit einem sterilen Glasrohr 50 mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einer Wandstärke von 0.5 mm ausgestattet. Der Wasserdruck im Mantel 10 der Ultraschallzelle 4 beträgt 5 bar, die Temperatur 40 °C. Eine Mischung aus 12,0 g Eilecithin, 22,0 g Glycerin und 866,0 g Wasser wird in einer autoklavierbaren Glasflasche unter Handschütteln vordispergiert und danach gemäss Europäischem Arzneibuch 1997 autoklaviert. Parallel dazu wird 100 g Soyaöl ebenfalls in einer Glasflasche autoklaviert. Nach Abkühlung werden die beiden Flüssigkeiten in einem Massenstromverhältnis von 10:1 (Wasserphase Ölphase) mittels Schlauchpumpen und sterilen Schläuchen in einem autoklavierten statischen Mikromischer vorgemischt und danach durch die Ultraschalldurch-flusszelle 4 gefördert und mit 80% der Maximalamplitude beschallt. Die Fördergeschwindigkeit beträgt 12 ml/min, was zu einer Beschallungsdauer von ca. 15 Sekunden je Volumeneinheit Emulsion führt. Die feindisperse O/W-Emulsion wird unter aseptischen Bedingungen direkt in vier sterile Glasflaschen zu 250 ml für die Lagerung und den Endgebrauch als parenterale Fettemulsion gefüllt. Die mittels Laserlichtstreuung (Malvern Mastersizer X, 45 mm-Linse, Mie-Beugung) ermittelte mittlere Tröpfchengrösse (Volumenverteilung) der hergestellten Emulsion liegt bei 405 nm und entspricht der Tröpfchengrösse handelsüblicher Produkte.The ultrasonic flow cell according to the invention 4 comes with a sterile glass tube 50 with an inner diameter of 4 mm and a wall thickness of 0.5 mm. The water pressure in the coat 10 the ultrasonic cell 4 is 5 bar, the temperature is 40 ° C. A mixture of 12.0 g of egg lecithin, 22.0 g of glycerin and 866.0 g of water is predispersed in an autoclavable glass bottle with handshakes and then autoclaved according to the 1997 European Pharmacopoeia. In parallel, 100 g soybean oil is also autoclaved in a glass bottle. After cooling, the two liquids are premixed in a mass flow ratio of 10: 1 (water phase oil phase) using peristaltic pumps and sterile tubes in an autoclaved static micromixer and then through the ultrasonic flow cell 4 promoted and sonicated with 80% of the maximum amplitude. The conveying speed is 12 ml / min, which leads to a sonication time of approx. 15 seconds per unit volume of emulsion. The finely dispersed O / W emulsion is filled under aseptic conditions directly into four 250 ml sterile glass bottles for storage and end use as a parenteral fat emulsion. The mean droplet size (volume distribution) of the emulsion produced, determined by means of laser light scattering (Malvern Mastersizer X, 45 mm lens, Mie diffraction), is 405 nm and corresponds to the droplet size of commercially available products.

Beispiel 6Example 6

Zellaufschluss.Cell disruption.

Die Ultraschalldurchflusszelle 4 wird mit einem sterilen Glasrohr 50 mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einer Wandstärke von 0.5 mm ausgestattet. Der Wasserdruck im Mantel 10 der Ultraschalldurchflusszelle 4 beträgt 5 bar, die Temperatur 4 °C. Eine Portion von 5 g steril entnommener und grob zerkleinerter Teile einer Rindsleber wird in 100 ml sterilem Citratpuffer pH 6.5 suspendiert und mittels Vortex gut durchmischt. Diese Suspension von Zellklumpen wird unter aseptischen Verfahrensbedingungen durch die Ultraschalldurchflusszelle 4 gefördert und mit 90% der Maximalamplitude beschallt. Die Fördergeschwindigkeit beträgt 1,2 ml/min, was zu einer Beschallungsdauer von ca. 150 Sekunden je Volumeneinheit Zellsuspension führt. Die beschallte Zellsuspension wird dann in eine Glasflasche überführt und analysiert. Die beschallte Zellsuspension präsentiert sich als dicke Suppe, das sogenannte Homogenisat. Die Güte des Aufschlusses wird anhand der Glutamat-Dehydrogenase-Aktivität mit dem Substrat 2-Oxogluatarat und dem Aktivator ADP gemessen. Als Referenz wird eine handelsübliche Glutamat-Dehydrogenase mit 120 U/mg Enzym-Protein verwendet Die gemessene Dehydrogenaseaktivität der Zellprobe, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren aufgeschlossen wurde, lag um durchschnittlich 8- 10% oberhalb des Wertes, der nach klassischem Aufschluss mittels Detergens oder Vermörserung in einem Glaskolben erzielt wurde.The ultrasonic flow cell 4 comes with a sterile glass tube 50 with an inner diameter of 4 mm and a wall thickness of 0.5 mm. The water pressure in the coat 10 the ultrasonic flow cell 4 is 5 bar, the temperature is 4 ° C. A portion of 5 g of sterile, roughly chopped parts of a beef liver is suspended in 100 ml of sterile citrate buffer pH 6.5 and mixed well by vortex. This suspension of cell clumps is passed through the ultrasonic flow cell under aseptic process conditions 4 promoted and sonicated with 90% of the maximum amplitude. The conveying speed is 1.2 ml / min, which leads to a sonication time of approx. 150 seconds per unit volume of cell suspension. The sonicated cell suspension is then transferred to a glass bottle and analyzed. The sonicated cell suspension presents itself as a thick soup, the so-called homogenate. The quality of the digestion is measured on the basis of the glutamate dehydrogenase activity with the substrate 2-oxogluatarate and the activator ADP. A commercially available glutamate dehydrogenase with 120 U / mg enzyme protein is used as a reference. The measured dehydrogenase activity of the cell sample, which was digested according to the method according to the invention, was on average 8-10% above the value obtained after classic digestion by means of detergent or mortar was achieved in a glass flask.

Beispiel 7Example 7

Liposomenherstellungliposome Preparation

Die Ultraschalldurchflusszelle 4 wird mit einem sterilen Glasrohr 50 mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einer Wandstärke von 0.5 mm ausgestattet. Der Wasserdruck im Mantel der Ultraschalldurchflusszelle 4 beträgt 5 bar, die Temperatur 8 °C. Eine Mischung aus 156 mg Sojalecithin (0,2 mmol) und 39 mg (0,1 mmol) Cholesterol werden in 30 ml Dichlormethan Methanol (9:1, v/v) in einem 500 ml Rundkolben gelöst. Das Lösungsmittel wird im rotierenden Rundkolben langsam abgezogen, so dass an der Kolbenwand ein einheitlicher dünner Lipidfilm entsteht, der unter Vakuum bei Raumtemperatur endgetrocknet wird. Der Film wird dann mit 10 ml einer 100 mM NaCl-Lösung unter Schwenken hydratisiert, wobei ein trübe Dispersion von grossen multilamellaren Vesikeln (MLV) entsteht. Die MLV werden nun durch die erfindungsgemässe Ultraschalldurchflusszelle gefördert und mit 95% der Maximalamplitude beschallt. Die Fördergeschwindigkeit beträgt 1,2 ml/min, was zu einer Beschallungsdauer von ca. 40 Sekunden je Volumeneinheit MLV-Zubereitung führt. Die beschallte MLV-Zubereitung wird durch die Ultrabeschallung in kleine unilamellare Lipsomen (sogenannte SUV, small unilamellar vesicles) zerkleinert. Die Liposomen-Zubereitung wird durch einen am Ende des Glasrohres installierten Celluloseacetat-Membranfilter mit einer Porengrösse von 0,2 Dm geführt, um die Liposomen-Zubereitung steril zu filtrieren. Schliesslich wird die Zubereitung unter aseptischen Bedingungen direkt in sterile Glasfläschchen gefüllt.The ultrasonic flow cell 4 comes with a sterile glass tube 50 with an inner diameter of 2 mm and a wall thickness of 0.5 mm. The water pressure in the jacket of the ultrasonic flow cell 4 is 5 bar, the temperature is 8 ° C. A mixture of 156 mg soy lecithin (0.2 mmol) and 39 mg (0.1 mmol) cholesterol are dissolved in 30 ml dichloromethane methanol (9: 1, v / v) in a 500 ml round bottom flask. The solvent is slowly drawn off in the rotating round-bottom flask, so that a uniform thin lipid film is formed on the flask wall, which is finally dried under vacuum at room temperature. The film is then hydrated with 10 ml of a 100 mM NaCl solution while swirling, producing a cloudy dispersion of large multilamellar vesicles (MLV). The MLV are now conveyed through the ultrasonic flow cell according to the invention and sonicated with 95% of the maximum amplitude. The conveying speed is 1.2 ml / min, which leads to a sonication time of approx. 40 seconds per unit volume of MLV preparation. The sonicated MLV preparation is broken down into small unilamellar lipsomes (so-called SUV, small unilamellar vesicles) by the ultrasound. The liposome preparation is passed through a cellulose acetate membrane filter with a pore size of 0.2 μm installed at the end of the glass tube in order to sterile filter the liposome preparation. Finally, the preparation is made directly in aseptic conditions filled sterile glass vials.

Die Liposomen-Zubereitung erscheint bläulich-opaleszent, was bereits optisch auf kleine Liposomen hinweist. Die durchschnittliche Liposomengrösse wurde mittels Laserlichtstreuung bestimmt und betrug 220 nm.The liposome preparation appears bluish opalescent, which already indicates optically small liposomes. The average liposome size was determined by means of laser light scattering and was 220 nm.

1010
Druckmantel (Rohr)pressure shroud (Pipe)
2020
Endmassefinal mass
3030
Flüssigkeitszulaufliquid inlet
4040
Abdichtungseal
5050
Durchflusszelle in Form eines RohresFlow Cell in the form of a tube
6060
Ultraschallwandlerultrasound transducer
7070
Flüssigkeitsablaufliquid drain
8080
Fliessfähige ZusammensetzungFlowable composition
(Arbeitsflüssigkeit)(Working fluid)
9090
Druckübertragende und gegebenenfallsPressure-transmitting and if necessary
thermostatisierende Flüssigkeitthermostatting liquid
11
kontinuierliche fliessfähige Phasecontinuous flowable phase
22
Zudosierung der dispersen Phasemetering the disperse phase
33
Mischermixer
44
DurchflusszelleFlow Cell
55
-
66
Wärmetauscherheat exchangers
77
-
88th
grobdisperse fliessfähige Zusammensetzungcoarsely dispersed flowable composition
99
beschallte fliessfähige Zusammensetzungsonicated flowable composition

Claims (18)

Verfahren zur kontinuierlichen Bearbeitung von fließfähigen Zusammensetzungen (Arbeitsflüssigkeit) in einer Durchflusszelle mittels Ultraschall, umfassend (a) das Vormischen der Komponenten der fließfähigen Zusammensetzung, (b) das Durchleiten und gleichzeitige Beschallen der fließfähigen Zusammensetzung durch die Durchflusszelle und (c) das Einleiten der beschallten Arbeitsflüssigkeit in ein Auffang- oder Prozessgefäss, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit in der Durchflusszelle (4) über eine unter erhöhten Druck gesetzte Flüssigkeit (90) indirekt mit Ultraschall beschallt wird.A method for the continuous processing of flowable compositions (working fluid) in a flow cell by means of ultrasound, comprising (a) premixing the components of the flowable composition, (b) passing and simultaneously sonicating the flowable composition through the flow cell and (c) introducing the sonicated Working fluid in a collecting or process vessel, characterized in that the working fluid in the flow cell ( 4 ) via a liquid under increased pressure ( 90 ) is sonicated indirectly with ultrasound. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit (80) während der Beschallung zwischen – 80 °C und + 200 °C thermostatisiert wird.A method according to claim 1, characterized in that the working liquid ( 80 ) is thermostatted between - 80 ° C and + 200 ° C during the sonication. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit (80) während der Beschallung und während der Phasen Vormischen und Einleiten in ein Auffang- oder Prozessgefäss von Umgebungseinflüssen isoliert wird.A method according to claim 1 and 2, characterized in that the working liquid ( 80 ) is insulated from environmental influences during the sonication and during the phases of premixing and introduction into a collection or process vessel. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit (80) eine oder mehrere mischbare, teilweise mischbare oder nicht-mischbare Flüssigkeiten und/oder ein oder mehrere lösliche, teilweise lösliche oder nicht-lösliche Gase und/oder Feststoffe enthält.A method according to claim 1 and 2, characterized in that the working liquid ( 80 ) contains one or more miscible, partially miscible or immiscible liquids and / or one or more soluble, partially soluble or non-soluble gases and / or solids. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormischen der Komponenten der Arbeitsflüssigkeit in einem geschlossenen System, das aus einem einfachen T-Stück, einer Fritte, einer Membran, einem Mischventil oder einem bewegten oder statischen Mischer besteht, welches mit der Durchflusszelle dicht verbunden ist, vorgenommen wird.A method according to claim 1, characterized in that premixing the components of the working fluid in a closed system consisting of a simple T-piece, one Frit, a membrane, a mixing valve or a moving or static mixer, which is tight with the flow cell is connected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit in der Durchflusszelle (4) mit einer Verweildauer von 0,1 Sekunden bis 12 Stunden geführt und der Schallenergieeintrag zwischen 1 und 1000 W gewählt wird, bei einer Schallfrequenz von 16 bis 150 kHz.A method according to claim 1, characterized in that the working fluid in the flow cell ( 4 ) with a dwell time of 0.1 seconds to 12 hours and the sound energy input between 1 and 1000 W is selected, with a sound frequency of 16 to 150 kHz. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Beschallung der beschallten Arbeitsflüssigkeit (80) vorgenommen wird.Method according to claims 1 to 5, characterized in that a further sonication of the sonicated working fluid ( 80 ) is made. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit unter aseptischen (keimfreien) Bedingungen durch die Durchflusszelle (4) geführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the working fluid under aseptic (aseptic) conditions through the flow cell ( 4 ) to be led. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 zur Erzeugung einer Flüssigkeitsmischung, zur Erzeugung einer Wasser-in-Öl (W/O) Emulsion, Öl-in-Wasser (O/W) Emulsion, W/O/W oder O/W/O Doppelemulsion, einer Mikrooder Nanoemulsion, einer Suspension, eines mizellaren Systems, oder einer Lipsomenzubereitung.Application of the method according to claims 1 to 8 for generating a liquid mixture, for Generating a water-in-oil (W / O) emulsion, oil-in-water (O / W) emulsion, W / O / W or O / W / O double emulsion, a micro or Nanoemulsion, a suspension, a micellar system, or one Lipsomenzubereitung. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 zur Zerkleinerung oder Desaggregierung von Feststoff partikeln in einer flüssigen Zusammensetzung, zum Aufschluss von pflanzlichen oder tierischen Zellen, zur Homogenisation und zum Aufschluss von pflanzlichen und tierischen Geweben, und zum Aufschluss von Parasiten, Bakterien und Viren.Application of the method according to claims 1 to 8 for crushing or disaggregating solid particles in a liquid Composition, for the digestion of vegetable or animal Cells for the homogenization and disruption of vegetable and animal tissues, and to break down parasites, bacteria and viruses. Anwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8 zur Kontrolle von Kristallisationsprozessen (Sonokristallisation).Application of the method according to claims 1 to 8 to control crystallization processes (sonocrystallization). Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 zur Katalyse oder Beschleunigung von chemischen Reaktionen.Application of the method according to claims 1 to 8 for catalysis or acceleration of chemical reactions. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 in Prozessen zur Herstellung von Mikro- und Nanosphären und von Mikro- und Nanokapseln.Application of the method according to claims 1 to 8 in processes for the production of microspheres and nanospheres and of micro and nanocapsules. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 zur Entgasung oder Begasung von flüssigen Zusammensetzungen.Application of the method according to claims 1 to 8 for degassing or gassing liquid compositions. Durchflusszelle zur kontinuierlichen Bearbeitung von fließfähigen Zusammensetzungen (Arbeitsflüssigkeit) mittels Ultraschall, enthaltend eine Durchflussstrecke, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Arbeitsflüssigkeit (80) durchströmte Durchflussstrecke (50) von einem Druckmantel (10) umgeben ist, an den ein Ultraschallwandler (60) zur Schwingungsanregung angeschlossen ist, wobei zwischen einer Außenwandung der Durchflussstrecke (50) und dem Druckmantel (10) zur Vermeidung von Kavitation eine unter erhöhtem Druck stehende Flüssigkeit (90) fließt.Flow cell for the continuous processing of flowable compositions (working fluid) by means of ultrasound, containing a flow path, characterized in that the working fluid ( 80 ) flow-through section ( 50 ) from a pressure jacket ( 10 ) is surrounded by an ultrasonic transducer ( 60 ) is connected to the vibration excitation, whereby between an outer wall of the flow path ( 50 ) and the pressure jacket ( 10 ) to avoid cavitation a liquid under increased pressure ( 90 ) flows. Durchflusszelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle aus einem Rohr (50) für die Arbeitsflüssigkeit (80) gebildet ist, welches in einem von der unter erhöhtem Druck stehende Flüssigkeit (90) durchströmten Rohr (10) über Dichtungen (40) von der Rohrinnenwandung beabstandet angeordnet ist, welches mit dem Ultraschallwandler (60) zur Schwingungsanregung verbunden ist.Flow cell according to claim 15, characterized in that the flow cell from a tube ( 50 ) for the working fluid ( 80 ) is formed, which is in a of the liquid under increased pressure ( 90 ) flowed tube ( 10 ) via seals ( 40 ) is arranged at a distance from the inner tube wall, which is connected to the ultrasonic transducer ( 60 ) is connected to vibration excitation. Durchflusszelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an das Rohr (10) zur Schwingungsentkopplung Endmassen (20) angeordnet sind.Flow cell according to claim 15, characterized in that on the tube ( 10 ) for vibration isolation final masses ( 20 ) are arranged. Durchflusszelle nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (90) im Rohr (10) zur Temperierung benutzt wird.Flow cell according to claims 15 to 17, characterized in that the liquid ( 90 ) in the tube ( 10 ) is used for temperature control.
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